Файл: Казанский, В. Н. Системы смазки паровых турбин.pdf

игребней, например, при сильной вибрации валопровода.

Сэтой же целью гребни стараются делать из антифрик­ ционного материала (латунь, бронза, иногда фторо­ пласт) .

Размеры канавок, величина радиального зазора с между валом и гребнем, количество гребней и канавок, а также сечение дренажных отверстий связаны между собой определенной зависимостью. Большему зазору должны соответствовать большие сечения канавок и дре­ нажных отверстий, так как в противном случае масло не успевает вытекать из канавок. С увеличением зазора с для обеспечения надежности работы уплотнения необ­ ходимо увеличивать и число канавок. Так, при испыта­ ниях уплотнения с двумя гребнями и одной канавкой, размещенной между ними, при зазоре с= 0,6 мм наблю­ далось прямое попадание капель масла в зазор и выби­ вание их наружу. С увеличением числа гребней и кана­ вок до четырех-пяти выбрасывание масла прекратилось. Двухгребенчатое уплотнение с зазором с = 0,1 мм также ликвидировало выбивание масла наружу [Л. 122].

Чтобы обеспечить безызносный режим гребенчатых уплотнений, радиальный зазор с обычно устанавливают равным 0,3—0,4 мм. При достаточных сечениях канавок и сливных отверстий и отсутствии прямых попаданий ча­ стиц масла в зазор гребенчатое уплотнение надежно пре­ дохраняет. картер от утечек масла. При неудовлетвори­

1,0 мм, и при частичном засорении дренажных отвер­ стий эффективность гребенчатых уплотнений резко сни­ жается. Крайне низок уплотнительный эффект при от­ сутствии вообще дренажных канавок между гребнями.

Для защиты гребенчатых уплотнений от прямого попадания струй масла на валу очень часто уста­ навливаются маслосбрасывающие приспособления: греб­ ни, желобки, отражательные кольца, шайбы и бурты (рис. 1-18,в—к). Исследования показали, что наиболее благоприятные условия для разрушения вытекающего по валу масляного слоя создаются при установке греб­ ней типов в « ж. Оптимальный угол заострения гребня <р^40°. Применение обоймы, охватывающей гребень, нецелесообразно, так как она понижает эффективность маслосбрасывающего эффекта. Более целесообразно со­ четание треугольного гребня и когтеобразного щитка.

Приспособления типов з, и, к оказываются достаточно эффективными лишь при условии а>70°. При а<70° об­ разуемые ими полости заполняются маслом, которое затем выплескивается на защищаемую поверхность ва­ ла. Маслосбрасывающие канавки типа е достаточно эф­ фективны лишь при условии а ^ З в. Приспособления же типов г и д (при d = 2—8 мм) не обеспечивают разру­ шения масляной пленки, вытекающей по валу. Расчет маслосбрасывающих устройств приведен в [Л. 140].

В некоторых конструкциях подшипников между ка­ мерой для слива масла из вкладышей и гребенчатым уплотнением картера устанавливается щелевое уплотне­ ние типа м (рис. 1-18), образованное цилиндрической поверхностью вала и кольцевым баббитовым пояском [Л. 169]. Такое уплотнение работает удовлетворительно в случае достаточно свободного слива масла из камеры перед баббитовым пояском. Эффективность щелевого уплотнения возрастает при нанесении на поверхности пояска гребней с дренируемыми канавками и спирально­ винтовых канавок.

Для устранения протечек масла по валу успешно применяются винтоканавочные уплотнения (ВКУ) [Л. 99, 116, 159, 171]. Было замечено, что даже винтовые риски, оставленные на валу при шлифовке наждачной бумагой, в сочетании с манжетным уплотнением были причинами больших протечек масла по валу, если вращение вала совпадало с направлением винтовых рисок. Те же риски, нанесенные на вал в противоположном направлении, способствовали отбрасыванию масла. В последнее время ряд зарубежных фирм стал специально наносить гели­ коидальные риски на валах и манжетах с таким расче­ том, чтобы эти риски создавали маслоотбрасывающее воздействие при вращения вала [Л. 159]. Уместно отме­ тить, что даже в обычном сальниковом уплотнении мас­ ляных насосов правая или левая навивка слоев хлопча­ тобумажного шнура может послужить причиной или зна­ чительных утечек масла или, наоборот, полного их пре­ кращения.

Работа винтового устройства основана на использо­ вании вязкого трения жидкости о гладкую стенку втул­ ки для создания напора и перемещения масла вдоль оси винта при его вращении. Схема винтоканавочного уплот­ нения показана на рис. 2-18,6, л. Расход масла Q через уплотнение равен [Л. 88]: Q = Qi+ Q 2—1Q3, где Qt — утеч­

66

ка масла через зазор с; Q2 — утечка масла через винто­ вую канавку; Q3 — возврат масла через винтовую канав­ ку при вращении вала.

Направление вращения вала должно быть противо­ положным направлению винтовой линии канавки. Испы­ таниями установлено, что в большинстве случаев несу­ щественно, где нарезана винтовая канавка: на валу или на обойме. Иногда и вал, и втулка изготавливаются с нарезкой, причем направление нарезки втулки проти­ воположно направлению нарезки винта. Здесь также используется принцип* увеличения турбулентного трения жидкости между нарезками втулки и винта [Л. 29].

Уральским филиалом ВТИ разработана конструкция винтоканавочных уплотнений торцов вкладышей опор­ ных подшипников турбомашин, которая в значительной мере предотвращает разбрызгивание масла и протечки его по валу наружу1 [Л. 60]. Схема установки винтока-

подшипника. Масло, вытекающее из торцов опорного вкладыша, попадает в камеру, образованную фигурной выточкой во вкладыше, и втулкой с винтовой нарезкой. Винтовая нарезка создает «нагнетательный» эффект и не дает возможности маслу протечь по валу наружу. Масло спокойно сливается в картер через окно.

Стендовые испытания УралВТИ показали, что не вся­ кая винтовая нарезка, нанесенная на поверхность уплот­

1 Работы по исследованию винтоканавочных уплотнений выпол­ нены инж. В. Н. Зелениным.

Наиболее перспективной для внедрения оказалась тра­ пецеидальная винтовая нарезка с большим числом захо­ дов резьбы и большим утлом наклона винтовой линии а.

В табл. 1-4 приведены оптимальные параметры вин­ токанавочных уплотнений для опорных подшипников па-

ровых турбин (диаметр шейки вала 250—500 мм). Глу­ бина винтовой канавки h подбирается в зависимости от выбранных значений а и с по табл. 1-5.

Винтоканавочные уплотнения при радиальных зазо­ рах с, больших, чем у гребенчатых уплотнений, обеспе­ чивают при расчетных режимах и оптимальных соотно­ шениях других размеров значительно меньшие протечки

Т а б л и ц а 1-5

Глубина винтовой канавки h , мм

масла. Установлено, что при отступлении от рекомендуе­ мых оптимальных размеров винтовой нарезки эффектив­ ность винтоканавочных уплотнений резко снижается. Винтоканавочные уплотнения не обеспечивают герметич­ ности соединений при отсутствии вращения вала, поэто­ му они малоэффективны во время пуска и останова тур­ бины. Очень часто эти уплотнения применяются в соче­ тании с гребенчатыми, обеспечивающими запирание мас­ ла при малых скоростях и в состоянии покоя.

6) Масловодородные уплотнения генератора

Для предотвращения утечек водорода из корпуса гене­ ратора применяются масляные уплотнения двух основ­ ных типов: кольцевые (осевые) и торцевые (радиальные) [Л. 11, 43, 89]. Основным элементом кольцевого уплотне­ ния является вкладыш 4 (рис. 1-19). Из кольцевой ка­ меры 1 масло поступает в соответствующую выемку 3 вкладыша 4 и далее в зазор между валом 5 и баббито­ вой заливкой, направляясь одним потоком в сторону водорода, другим — в сторону воздуха. Наличие зазора между кольцевым выступом 2 корпуса уплотнения и вы­ емкой 3 на тыльной поверхности вкладыша позволяет

68

прерывную очистку масла от воздуха и попутно от водорода и других газов в специ­

альных маслоочистительных вакуумных установках. При повышении давления водорода в генераторе, что харак­ терно для современных мощных электрических машин, необходимо одновременно повышать и давление масла на уплотнения. Расход масла в сторону водорода уве­ личивается при этом настолько, что маслоочистительная установка даже повышенной производительности не обес­ печивает удовлетворительной дегазации масла, и чистота водорода в генераторе быстро снижается. По этой при­ чине описанная конструкция кольцевого уплотнения при­ менялась лишь в системах, где давление водорода не превышало 5 - 103 Па [Л. 43].

На ряде электростанций кольцевые уплотнения усо­ вершенствованы. Диаметральный зазор между валом и вкладышем уменьшен до 0,1 мм, уплотнен зазор между кольцевым выступом на корпусе уплотнения и соответ­ ствующей выемкой на вкладыше. Эти мероприятия по­ зволили резко снизить утечки масла в сторону водорода при давлении газа 0,5-105—0,9* 105 Па в корпусе гене­ ратора [Л. 89].

Еще более эффективными оказались кольцевые уп­ лотнения с гидродинамической центровкой вкладыша. Если в обычных уплотнениях рабочая поверхность вкла­

69